资源描述：
《微型中子源堆低浓化堆芯的探讨》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第31卷第5期原子能科学技术Vol.31,No.51997年9月AtomicEnergyScienceandTechnologySep.1997微型中子源堆低浓化堆芯的探讨李德江 田和春(中国原子能科学研究院反应堆工程研究设计所,北京,102413)235通过对U富集度为1919%的UO2和U3Si22Al的弥散体2种燃料进行物理计算,从中筛选出了优化的堆芯方案,并对其静态物理参数,诸如有效倍增因子、绝对中子通量密度、上铍反射层反应性价值、反应性温度系数、控制棒价值等进行了计算。关键词微堆 低浓化 堆芯优化商用
2、微型中子源反应堆(简称“微堆”)已在国内外建成7座。堆芯装载约343根高浓铀燃235料元件,其中U的装量接近1kg。为了进一步开发微堆的国际市场,必须在满足IAEA核安全监督的前提下不断改善堆芯性能。对微堆进行燃料低浓化研究是微堆堆芯更新换代的方向。235本工作选择U的富集度为1919%的UO2和U3Si22Al弥散体2种燃料进行物理计算,从而优选出安全性能和物理性能较好的堆芯方案,并进行初步的堆芯物理设计。[1][2]计算采用少群参数计算程序WIMS2D4和少群扩散计算程序EXTERMINATOR22。燃料的
3、群参数计算采用单棒和束棒模型,反射层参数计算采用束棒模型,扩散计算采用二维R2Z模型。为了检验计算系统的可靠性,将对已运行的高浓铀商用微堆进行全面校核计算,并与多项实验结果进行比较。1 低浓铀燃料的微堆堆芯111 堆芯优化原则微堆的堆芯优化设计应考虑以下几项原则。12-2-11)足够的反应性。为了保证微堆在额定中子通量密度为1×10cm·s的情况下连续运行不小于215h,反应堆应有足够的剩余反应性用于补偿堆运行中温度效应和氙毒的消耗。2)负的温度系数。为了保证微堆的安全性,必须使其具有负的温度反应性系数。3)U
4、öP尽量大。微堆的主要用途是进行中子活化分析,样品在铍反射层的辐照孔道内被照射,辐照孔道热中子通量密度U是主要物理指标。为了得到比较长的堆芯寿期,在辐照孔道内热中子通量密度为额定值时,堆的功率P尽可能的低,或者说UöP尽可能的大。4)好的经济性。微堆主要作为商业用堆,设计中应考虑它的经济性。微堆的主要建造成本收稿日期:1997204223 收到修改稿日期:1997205204第5期 李德江等:微型中子源堆低浓化堆芯的探讨409来自燃料和铍,因此应尽量减少燃料和铍的装量。112 低浓铀UO2燃料的微堆堆芯23
5、53首先选择U富集度为1919%的UO2作为燃料,UO2燃料密度为10140göcm。UO2芯块装在外径为515mm的锆包壳内,两端焊封。燃料芯体直径为413mm。金属Zr24包壳的厚度为015mm,包壳与燃料芯体之间的缝隙为011mm。235选择不同NHöN5(氢原子与U原子数目比)值计算多个堆芯方案。为简化计算并便于比较,假定:(1)侧铍反射层内无任何辐射孔道及测量管道;(2)中心无控制棒;(3)温度为20°C;(4)没有上铍反射层;(5)堆芯高度H与堆芯直径D的比值尽可能保持相同;(6)keff尽可能相近
6、。UöP、反应堆的燃料装载量和反射层铍的体积随NHöN5变化的计算结果示于图1、2、3。235图1U装量随NHöN5的变化(UO2燃料)图2 铍的体积随NHöN5的变化(UO2燃料)235Fig.1ThemassofUvsNHöN5Fig.2ThevolumeofberylliumvsNHöN5235图3UöP随NHöN5的变化(UO2燃料)图4U装量随NHöN5的变化(U3Si2燃料)235Fig.3UöPvsNHöN5Fig.4ThemassofUvsNHöN5113 低浓铀U3Si2-Al弥散体燃料微堆堆
7、芯2353以U富集度为1919%的U3Si22Al弥散体燃料为芯体,燃料铀的密度为4180göcm,金410原子能科学技术 第31卷属铝占燃料的总体积为5715%。燃料芯体直径为413mm,金属铝包壳的厚度为016mm,外径为515mm,两端焊封。比值UöP、反应堆的燃料装载量和反射层铍的体积随NHöN5变化的计算结果示于图4、5和6。图6UöP随NHöN5的变化(U3Si2燃料)图5 铍的体积随NHöN5的变化(U3Si2燃料)Fig.6UöPvsNHöN5Fig.5Thevolumeofberyllium
8、vsNHöN5从图1—6可看出,当UO2燃料的NHöN5大于115、U3Si2燃料的NHöN5大于185时,随着NHöN5值的增大,可以看出:235(1)U装载量减少,堆的燃料费用减少;(2)堆芯体积增大,铍反射层的体积也随之增大,铍的总量增加,铍的费用相应增加;(3)UöP值变小,说明当反应堆辐照座得到相同的热中子通量时,NHöN5值小的裂变功率235相对小,U的消耗量相对少,堆的运
